HNBR O-Ringe: stärker als NBR

Was sind HNBR O-Ringe?

HNBR (hydrierter Acryl-Nitril-Butadien-Kautschuk) ist eines der Elastomere mit den umfangreichsten Einsatzmöglichkeiten in der Industrie. Nicht nur Dichtungsringe, sondern auch Zahnriemen oder Hydraulikschläuche werden aus diesem Material hergestellt. Daran wird das Potenzial von HNBR für den Einsatz als O-Ring bereits deutlich.

Die Kombination aus einer guten mechanischen Belastbarkeit und einer hohen maximalen Betriebstemperatur zeichnet HNBR Dichtungselemente aus. Dazu kommt die Beständigkeit gegenüber mineralölbasierten Medien.

HNBR entsteht durch die teilweise oder vollständige Hydrierung des O-Ring Werkstoffes NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk). Dieser Schritt ermöglicht zentrale Eigenschaftsverbesserungen gegenüber NBR, allen voran die Unempfindlichkeit gegen Witterung und Ozon sowie eine höhere Temperaturbeständigkeit.

Viele stark belastete NBR O-Ringe werden zunehmend durch Varianten aus dem leistungsfähigeren, aber auch kostenintensiveren HNBR ersetzt. Praktiker kennen HNBR auch unter den Handelsnamen Therban oder Zetpol.

Die 5 wichtigsten Vorteile von HNBR O-Ringen

Dass HNBR auch als Material für Zahnriemen in der Automobilindustrie dient, macht es deutlich: O-Ringe aus diesem Material eignen sich für den Einsatz an dynamischen Abdichtungen.

Wenn O-Ringe Bauteile gegeneinander abdichten, die in Bewegung sind, werden sie besonders belastet. Unter diesen Bedingungen entsteht Reibung, die für einen Materialverlust am O-Ring sorgen kann. Dazu kommt der gesteigerte Temperatureintrag in den Werkstoff, der die internen Strukturen verändern kann. HNBR O-Ringe widerstehen durch ihre Eigenschaften beiden Belastungen und erreichen so eine ausreichende Dauerhaltbarkeit für dynamische Anwendungen.

Der breite Temperaturbereich, gekoppelt mit der Beständigkeit gegenüber Produkten auf Mineralölbasis, macht HNBR O-Ringe für Dichtungen in Automobilantrieben geeignet. In Anbauteilen von Verbrennungsmotoren kommen die O-Ringe in Kontakt mit heißen Medien wie Kühlwasser, Kraftstoffen, Luft oder Öl, die auch als Gemisch auftreten können. Neben diesen Massenanwendungen qualifizieren sich HNBR O-Ringe auch für spezielle Branchen wie die Gasexploration. Dafür ist die besonders geringe Durchlässigkeit des Werkstoffs gegen Gas und Dampf verantwortlich.

Die 3 häufigsten Anwendungsbereiche

Automobilbranche: In automobilen Verbrennungsmotoren dienen Motoröle nach der SAE-Klassifikation zur Schmierung bewegter Teile. HNBR O-Ringe sind gegenüber diesen Medien in einem Temperaturbereich von −30 °C bis +150 °C beständig und decken damit das volle einsatzspezifische Temperaturspektrum ab.

Sie sorgen durch ihre stabilen elastischen Eigenschaften und die Ermüdungsfreiheit für eine dauerhafte Abdichtung der Motorkomponenten gegeneinander und gegen die Umgebung. Das gilt auch nach längeren Standzeiten in großer Kälte oder unter den hohen Temperaturen im Dauerlauf.

Trinkwasseranlagen: Anlagen für die Speicherung, Aufbereitung und Verteilung von Trinkwasser unterliegen intensiven Kontrollen, weil sie kritisch für die Gesundheit von Mensch und Tier sind. Daher müssen die Komponenten zahlreichen Anforderungen genügen. Viele meist nationale Vorschriften stellen die Unbedenklichkeit der Komponenten sicher, unter anderem der Dichtungselemente.

O-Ringe aus HNBR bestehen diese speziellen physikalischen und mikrobiologischen Prüfungen, sodass sie für den sicheren Betrieb von Trinkwasseranlagen geeignet sind. Für Deutschland ist dabei die KTW-Leitlinie führend. Entsprechende Qualitäten sind standardmäßig verfügbar. Es gibt sie auch in FDA-konformer Ausführung und mit Zulassungen nach zahlreichen anderen nationalen Richtlinien wie KIWA für die Niederlande oder WRAS für Großbritannien.

Gasversorgung und Gasverbrauch: Für den Einsatz im Zusammenhang mit Gas bringt HNBR beide zentralen Eigenschaften mit. Die gute chemische Beständigkeit zusammen mit der geringen Gasdurchlässigkeit machen HNBR O-Ringe zu einer wertvollen Option für die Abdichtung gasführender Systeme. Die spezifischen Anforderungen für diesen Anwendungsbereich geben die Richtlinien DIN EN 549, VP 406 und VP 614 vor.

Wie ist die Medienbeständigkeit von HNBR O-Ringen?

Neben dem gesteigerten Temperaturbereich ist HNBR dem Ausgangswerkstoff NBR vor allem durch den verbesserten Widerstand gegen oxidative Angriffe überlegen. Das ist eine für den Praxiseinsatz wichtige Erweiterung des ohnehin breiten Beständigkeitsprofils.

HNBR ist beständig gegen:

• Aliphatische Kohlenwasserstoffe
• Fette und Öle tierischer und pflanzlicher Natur
• Wasser und Wasserdampf innerhalb der oberen Dauertemperatur von 150 °C
• Schwerentflammbare Druckflüssigkeiten: HFA-, HFB-, HFC-Flüssigkeiten
• Leichtes Heizöl und Dieselkraftstoff
• Bei niedriger Temperatur verdünnte Säuren, Basen und Salzlösungen
• Ozon und Witterung

HNBR quillt stark in aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Benzol oder Trichlorethylen. Diese Quellung sorgt bei HNBR O-Ringen für eine deutliche Reduktion der mechanischen Eigenschaften. Diese kehren nach der erneuten Trocknung des Materials jedoch zurück.

Die Beständigkeit von HNBR O-Ringen gegen Öl hängt maßgeblich vom Acryl-Nitril-Gehalt (ACN) des Werkstoffcompounds ab. Ein höherer Mischungsanteil steigert die Unempfindlichkeit, sorgt jedoch gleichzeitig für eine Verschlechterung im Tieftemperaturverhalten. Die Auswahl des richtigen HNBR-Werkstoffs sollte daher in Abhängigkeit vom spezifischen Anwendungsfall erfolgen. So lässt sich die maximale Leistungsfähigkeit von HNBR O-Ringen nutzen.

Wie ist die Temperaturbeständigkeit von HNBR O-Ringen?

HNBR O-Ringe besitzen eine Temperaturbeständigkeit von −30 °C bis +150 °C. Der Temperaturbereich gängiger Qualitäten erstreckt sich von −30 °C bis +150 °C.

Je nach Zusammensetzung eignet sich HNBR aber auch für den Tieftemperaturbereich bis −40 °C. Damit deckt HNBR ähnlich niedrige Temperaturen ab wie die alternativen Dichtungswerkstoffe NBR, FKM oder FFKM. Im Bereich der maximalen Dauertemperatur ist HNBR vergleichbar mit ACM oder EPDM. Der Markt bietet mit FKM oder Silikon (VMQ) aber auch Werkstoffe mit deutlich höherer oberer Temperaturgrenze.

Thermisch gealterte HNBR O-Ringe zeigen in Versuchen eine deutlich geringere Quellung im Medienkontakt. Auch der Verlust der mechanischen Eigenschaften ist geringer ausgeprägt. Verantwortlich dafür ist eine im Vergleich zum Ausgangsmaterial höhere Vernetzungsdichte.

Generell ist die Temperatur- und Medienbeständigkeit von O-Ring Werkstoffen immer im Zusammenhang zu bewerten. So können die Temperaturbereiche von HNBR O-Ringen im Kontakt mit bestimmten Medien deutlich von den allgemeinen Angaben abweichen. Die Werkstoffauswahl ist daher immer ausgehend vom spezifischen Anwendungsfall vorzunehmen.

Wie sind die mechanischen Eigenschaften von HNBR O-Ringen?

HNBR O-Ringe heben sich vor allem durch die ausgezeichnete Abriebbeständigkeit von der Vielzahl an O-Ring Werkstoffen ab. Zusammen mit der Temperatureignung macht das HNBR O-Ringe unempfindlich gegenüber der Reibung bei dynamischen Abdichtungen. Die hohe Zugfestigkeit des Materials trägt ebenfalls zu seiner Eignung für diese Anwendung bei. Als weitere Werkstoffe mit guter Abriebbeständigkeit sind EPDM, NBR, CR und FKM zu nennen.

Daneben ist HNBR durch die hohe mechanische Festigkeit besonders beständig gegen explosive Dekompression. Dieses Phänomen tritt auf, wenn es in einem gasführenden Dichtungssystem zu einem rapiden Druckabfall kommt. Als Reaktion darauf dehnt sich das im O-Ring befindliche Gas stark aus.

Reicht die natürliche Gasdurchlässigkeit des O-Ring Materials dafür nicht aus, bahnt sich das Gas seinen eigenen Weg durch die Struktur des Werkstoffs. Dabei kommt es zu dauerhaften Beschädigungen am O-Ring, die sich durch Risse und Blasenbildung zeigen.

Speziell für den langfristigen Einsatz in der Öl- und Gasindustrie spielen die geringe Gasdurchlässigkeit und die Unempfindlichkeit gegenüber der explosiven Dekompression eine wichtige Rolle. Die Industrie hat mit der Norm NORSOK M-710 daher einen eigenen Standard entwickelt. Wie auch aus FFKM und FKM sind konforme HNBR O-Ringe erhältlich.

Was muss ich bei der Nutauslegung beachten?

Nutauslegung von HNBR O-Ringen:

1. Verpressung in der Nut sollte beim statischen Einsatz bei etwa 20 % liegen
2. Für dynamische Abdichtung geringere Verpressung wählen
3. 20 % der Nut sollten nach der Verpressung noch frei sein
4. Nuten immer nach den marktüblichen Normtabellen auslegen
5. Dauerhafte Dehnung nach Einbau sollte unter 6 % liegen
6. Dauerhafte Stauchung nach Einbau sollte unter 6 % liegen

Montage von HNBR O-Ringen:

1. Nutraum vor der Montage gründlich säubern
2. Elastische O-Ringe beim Einbau nicht weiter als 50 % aufdehnen
3. Einführschrägen zwischen 15 und 20 Grad vorsehen
4. Bohrungen entgraten, auch wenn sie nur bei der Montage überfahren werden
5. Scharfe Kanten mit minimalem Radius von 0,1 bis 0,3 mm verrunden
6. Silikonfett für die Montageerleichterung nutzen
7. Verdrehen des O-Rings vermeiden

Häufige Fragen